JP2837533B2 - 液晶光学装置 - Google Patents
液晶光学装置Info
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- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
- G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
- G02F1/133526—Lenses, e.g. microlenses or Fresnel lenses
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液晶テレビ、液晶ビデオプロジェクタ等に
用いられる液晶パネルに関し、特に照明光を液晶パネル
に照射し投影レンズを介してスクリーンに拡大投影する
液晶プロジェクタに用いられる液晶光学装置に関する。
用いられる液晶パネルに関し、特に照明光を液晶パネル
に照射し投影レンズを介してスクリーンに拡大投影する
液晶プロジェクタに用いられる液晶光学装置に関する。
（従来の技術） 一般に液晶パネルの全面積のうち画素配線や画素トラ
ンジスタ（非晶質シリコン又は多結晶シリコンの薄膜ト
ランジスタ）の占める面積が60〜70％であるため、各画
素毎に実際に照明光が透過しうる液晶開口窓の面積は30
〜40％と小さく、照明光のうち60〜70％は利用できず無
駄になってしまう。
ンジスタ（非晶質シリコン又は多結晶シリコンの薄膜ト
ランジスタ）の占める面積が60〜70％であるため、各画
素毎に実際に照明光が透過しうる液晶開口窓の面積は30
〜40％と小さく、照明光のうち60〜70％は利用できず無
駄になってしまう。
そこで、１画素毎に微小レンズを設け、これによって
照明光を液晶開口窓に集光させて照明の利用効率を上
げ、投影画像を明るくしようとする発明が多数出願され
ている（例えば、特開昭60−165623号公報参照）。
照明光を液晶開口窓に集光させて照明の利用効率を上
げ、投影画像を明るくしようとする発明が多数出願され
ている（例えば、特開昭60−165623号公報参照）。
（発明が解決しようとする課題） 従来の技術で述べたものにおいては、ごく概念的にし
か記載されておらず、実際大きな効果を得るためにどの
ような仕様で微小レンズ等を製作したらよいか具体的に
示されていないという問題点を有していた。
か記載されておらず、実際大きな効果を得るためにどの
ような仕様で微小レンズ等を製作したらよいか具体的に
示されていないという問題点を有していた。
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、実
際に実現可能性の高い液晶パネルとレンズアレイの組合
せを構成し、かつシュミレーションにより照明の利用効
率を上げるための各構成部品の厚さ、屈折率およびレン
ズ面の曲率半径との間に存在する数値関係を見い出し、
投影画像をより明るくすることができる液晶光学装置を
提供しようとするものである。
みてなされたものであり、その目的とするところは、実
際に実現可能性の高い液晶パネルとレンズアレイの組合
せを構成し、かつシュミレーションにより照明の利用効
率を上げるための各構成部品の厚さ、屈折率およびレン
ズ面の曲率半径との間に存在する数値関係を見い出し、
投影画像をより明るくすることができる液晶光学装置を
提供しようとするものである。
（課題を解決するための手段） 上記課題を解決すべく本発明は、一対の液晶セル基板
で液晶を挟持してなる液晶パネルの入射光線側にレンズ
アレイ板を配設して構成する液晶光学装置において、前
記レンズアレイ板は透明基板の表面に球面状の凸部を多
数形成して成り、前記レンズアレイ板を透明接着部材を
介して前記凸部を前記液晶の液晶開口窓に対向するよう
に前記液晶セル基板に接着し、前記液晶セル基板の厚さ
ｔと屈折率n0、前記凸部の曲率半径ｒと屈折率n1、およ
び前記透明接着部材の屈折率n2との間に なる関係を有するものである。
で液晶を挟持してなる液晶パネルの入射光線側にレンズ
アレイ板を配設して構成する液晶光学装置において、前
記レンズアレイ板は透明基板の表面に球面状の凸部を多
数形成して成り、前記レンズアレイ板を透明接着部材を
介して前記凸部を前記液晶の液晶開口窓に対向するよう
に前記液晶セル基板に接着し、前記液晶セル基板の厚さ
ｔと屈折率n0、前記凸部の曲率半径ｒと屈折率n1、およ
び前記透明接着部材の屈折率n2との間に なる関係を有するものである。
（作用） 球面状の凸部によって照明光が液晶パネルの各液晶開
口部に集光し照明光の利用効率が向上する。
口部に集光し照明光の利用効率が向上する。
（実施例） 以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて説明す
る。
る。
第１図は本発明に係る液晶光学装置の断面図、第２図
は球面状凸部による光線の屈折状態を示す模式図であ
る。
は球面状凸部による光線の屈折状態を示す模式図であ
る。
液晶光学装置は、一対の液晶セル基板1,2で液晶３を
挟持してなる液晶パネル４の照明光である入射光線５側
にレンズアレイ板を構成するガラス基板６を配設し、こ
のガラス基板６の表面に液晶３の各画素と１対１に対向
するように球面状の凸部７を形成し、これらの凸部７を
透明接着部材たる低屈折率樹脂材料８を介して液晶セル
基板１に接着して構成されている。
挟持してなる液晶パネル４の照明光である入射光線５側
にレンズアレイ板を構成するガラス基板６を配設し、こ
のガラス基板６の表面に液晶３の各画素と１対１に対向
するように球面状の凸部７を形成し、これらの凸部７を
透明接着部材たる低屈折率樹脂材料８を介して液晶セル
基板１に接着して構成されている。
液晶３は各画素毎に光を透過可能な液晶開口窓10を有
し、それ以外の部分11は薄膜トランジスタ（TFT）、画
素配線等で光を利用できない部分である。
し、それ以外の部分11は薄膜トランジスタ（TFT）、画
素配線等で光を利用できない部分である。
球面状の凸部７は、例えばNiスタンパを用いて2P樹脂
材料や熱硬化性樹脂材料をガラス基板６上にアレイ状に
付着形成するような方法で形成される。
材料や熱硬化性樹脂材料をガラス基板６上にアレイ状に
付着形成するような方法で形成される。
凸部７を成形するためのNiスタンパの形状原型、いわ
ゆる「マザー」は、例えばガラス基板にフォトリソグラ
フィ技術を用いて数μｍ径から＋数μｍ径程度の円形開
口を持つ金属マスクを形成し、これをフッ酸系のエッチ
ャントを用いて適当な時間エッチングすることにより製
作する。ガラスのエッチングはマスク開口部からほぼ等
方的に進行するため球面状の凹部が得られ、その曲率半
径はエッチング時間等によって制御できる。また、エッ
チング工程を２段階に分ける等の方法により、半球状よ
り浅い凹部や隣接する凹部同士が完全につながったいわ
ゆる稠光充填構造の球面状凹部アレイを製作することが
できる（特願平２−27712号参照）。
ゆる「マザー」は、例えばガラス基板にフォトリソグラ
フィ技術を用いて数μｍ径から＋数μｍ径程度の円形開
口を持つ金属マスクを形成し、これをフッ酸系のエッチ
ャントを用いて適当な時間エッチングすることにより製
作する。ガラスのエッチングはマスク開口部からほぼ等
方的に進行するため球面状の凹部が得られ、その曲率半
径はエッチング時間等によって制御できる。また、エッ
チング工程を２段階に分ける等の方法により、半球状よ
り浅い凹部や隣接する凹部同士が完全につながったいわ
ゆる稠光充填構造の球面状凹部アレイを製作することが
できる（特願平２−27712号参照）。
ガラス基板６としては、例えばコーニング社製の7059
基板や一般的なソーダライム基板等が適用できる。な
お、プラスチック基板でもよい。このようにして製作し
た球面状凹部アレイを用いて一般的な電鋳方法によりNi
マスタ（形状が反転して球面状凹部アレイとなる）をと
り、更にこれを用いて電鋳方法により「マザー」と同形
状のNiスタンパが出来る。
基板や一般的なソーダライム基板等が適用できる。な
お、プラスチック基板でもよい。このようにして製作し
た球面状凹部アレイを用いて一般的な電鋳方法によりNi
マスタ（形状が反転して球面状凹部アレイとなる）をと
り、更にこれを用いて電鋳方法により「マザー」と同形
状のNiスタンパが出来る。
そして、ガラス基板６の表面に樹脂材料を塗布し、Ni
スタンパを密着させれば所望な球面状の凸部７のアレイ
を製作することが出来る。
スタンパを密着させれば所望な球面状の凸部７のアレイ
を製作することが出来る。
このようにして製作された球面状凸部７のアレイ付ガ
ラス基板６を凸部７が液晶セル基板１の側になるように
低屈折率樹脂材料８を用いて液晶セル基板１に接着す
る。この時液晶３の各液晶開口窓10と各凸部７は１対１
に対向している。
ラス基板６を凸部７が液晶セル基板１の側になるように
低屈折率樹脂材料８を用いて液晶セル基板１に接着す
る。この時液晶３の各液晶開口窓10と各凸部７は１対１
に対向している。
次に、第１図に示すような液晶光学装置を構成し、更
に照明光である入射光線５の利用効率を上げてより明る
い投影画像を得るためには、液晶セル基板１の屈折率と
厚さ、凸部７の曲率半径等に対して以下の様な数値限定
条件に従って光学系を構成する必要がある。
に照明光である入射光線５の利用効率を上げてより明る
い投影画像を得るためには、液晶セル基板１の屈折率と
厚さ、凸部７の曲率半径等に対して以下の様な数値限定
条件に従って光学系を構成する必要がある。
ここで、液晶セル基板１の屈折率をn0,その厚さをt,
凸部の屈折率をn1,その曲率半径をr,低屈折率樹脂材料
８の屈折率をn2とする。
凸部の屈折率をn1,その曲率半径をr,低屈折率樹脂材料
８の屈折率をn2とする。
照明光である略平行な入射光線５がガラス基板６に入
射するとき、凸部７の球面で光線が屈折する。この時、
n1＞n2であれば凸部７は凸レンズとして作用する。この
凸レンズ効果により入射光線５が液晶開口窓10に出来る
だけ多く入射する時が、照明光の利用効率の最大時であ
る。
射するとき、凸部７の球面で光線が屈折する。この時、
n1＞n2であれば凸部７は凸レンズとして作用する。この
凸レンズ効果により入射光線５が液晶開口窓10に出来る
だけ多く入射する時が、照明光の利用効率の最大時であ
る。
凸部７と低屈折率樹脂材料８による曲率半径ｒの球面
での屈折による凸レンズの焦点距離ｆは、近軸条件が満
足されていれば次式の関係がある。
での屈折による凸レンズの焦点距離ｆは、近軸条件が満
足されていれば次式の関係がある。
屈折光線を液晶開口窓10に集光させるためにはｆ＝t/
n0とすればよい。従って、t,n0,r,n1,n2の関係は基本的
に t/n0＝r/（n1−n2） （２） となる必要がある。
n0とすればよい。従って、t,n0,r,n1,n2の関係は基本的
に t/n0＝r/（n1−n2） （２） となる必要がある。
しかしながら、球面による屈折効果は正の球面収差が
大きく発生してしまい、第２図に示すように近軸光線よ
りも周辺光線はもっと凸部７側に集光する。従って、入
射光線５の全エネルギーが最も小さい領域に集光する像
点Ｉは前記近軸計算による像点IIよりも凸部７側に近く
なる。
大きく発生してしまい、第２図に示すように近軸光線よ
りも周辺光線はもっと凸部７側に集光する。従って、入
射光線５の全エネルギーが最も小さい領域に集光する像
点Ｉは前記近軸計算による像点IIよりも凸部７側に近く
なる。
そこで、実際に第１図に示す光学系により光線追跡を
行い、１画素の寸法を100μｍ平方、液晶開口窓10の寸
法を20μｍ平方としたときに球面の屈折によって液晶開
口窓10に入射する光線の本数を計算しその本数の最大位
置から実効的な焦点位置を算出した。
行い、１画素の寸法を100μｍ平方、液晶開口窓10の寸
法を20μｍ平方としたときに球面の屈折によって液晶開
口窓10に入射する光線の本数を計算しその本数の最大位
置から実効的な焦点位置を算出した。
第３図は各構成部品の所定屈折率における凸部の曲率
半径ｒと液晶セル基板１中の焦点距離との関係を示す計
算結果の一例である。液晶セル基板１としては、コーニ
ング社製7059基板を想定してn0＝1.53とし、ガラス基板
６の表面に樹脂材料を塗布し、Niスタンパを密着して成
形した凸部７の屈折率は樹脂材料からn1＝1.59,低屈折
率樹脂材料８の屈折率はn2＝1.49として計算した。
半径ｒと液晶セル基板１中の焦点距離との関係を示す計
算結果の一例である。液晶セル基板１としては、コーニ
ング社製7059基板を想定してn0＝1.53とし、ガラス基板
６の表面に樹脂材料を塗布し、Niスタンパを密着して成
形した凸部７の屈折率は樹脂材料からn1＝1.59,低屈折
率樹脂材料８の屈折率はn2＝1.49として計算した。
第３図中、横軸は球面状凸部７の曲率半径ｒを、縦軸
は液晶セル基板１（屈折率n0＝1.53）中の焦点距離の値
である。実線は、近軸条件を満足する場合の式（１），
（２）を用いた計算結果である。これに対して点線は、
前記の様な光線追跡により求めた実効的な焦点距離と曲
率半径ｒとの関係である。従って、本光学系において、
球面収差を含めて最も集光効果が大きく得られる位置が
第３図中の点線の値である。この値を近軸計算結果と比
較すると曲率半径ｒの大きな場合には近軸計算結果の約
90％程度、曲率半径ｒの小さな場合には近軸計算結果の
約40％弱になっている。
は液晶セル基板１（屈折率n0＝1.53）中の焦点距離の値
である。実線は、近軸条件を満足する場合の式（１），
（２）を用いた計算結果である。これに対して点線は、
前記の様な光線追跡により求めた実効的な焦点距離と曲
率半径ｒとの関係である。従って、本光学系において、
球面収差を含めて最も集光効果が大きく得られる位置が
第３図中の点線の値である。この値を近軸計算結果と比
較すると曲率半径ｒの大きな場合には近軸計算結果の約
90％程度、曲率半径ｒの小さな場合には近軸計算結果の
約40％弱になっている。
以上のシミュレーション結果より、最も集光効果が大
きく得られる実効的な焦点距離feは、およそ 0.3r/（n1−n2）fer/（n1−n2） （３） のように示される。従って、この値feをt/n0に等しくす
ることにより、液晶開口位置で最大の集光効果が得られ
る。
きく得られる実効的な焦点距離feは、およそ 0.3r/（n1−n2）fer/（n1−n2） （３） のように示される。従って、この値feをt/n0に等しくす
ることにより、液晶開口位置で最大の集光効果が得られ
る。
即ち、t,n0,r,n1,n2の間の数値関係を とする必要がある。
なお、本実施例では球面状凸部７付ガラス基板６が液
晶セル基板１の一方の面にのみ設けたが、双方の面に設
けてもよい。この場合式（４）は双方の面において別個
に満足されなければならない。
晶セル基板１の一方の面にのみ設けたが、双方の面に設
けてもよい。この場合式（４）は双方の面において別個
に満足されなければならない。
また、各式において焦点距離は球面の頂点からの距離
であり、解析する場合にはレンズの厚み分を考慮するべ
きであるが、本用途では焦点距離400〜800μｍ程度に比
べ、レンズの厚みは数10μｍ以下であり事実上考慮の必
要はない。
であり、解析する場合にはレンズの厚み分を考慮するべ
きであるが、本用途では焦点距離400〜800μｍ程度に比
べ、レンズの厚みは数10μｍ以下であり事実上考慮の必
要はない。
なお、本発明においては、液晶セル基板１の厚さｔが
0.5mm〜1.1mm、液晶３の１画素の大きさが50μｍ平方〜
150μｍ平方、液晶開口窓10の寸法が１画素の20％〜50
％の範囲であることが前提条件となる。
0.5mm〜1.1mm、液晶３の１画素の大きさが50μｍ平方〜
150μｍ平方、液晶開口窓10の寸法が１画素の20％〜50
％の範囲であることが前提条件となる。
例えば、凸部７の１個の大きさ約100μｍ平方で曲率
半径ｒが約75μm,n0＝1.53,t＝1.1mm,n1＝1.59,n2＝1.4
9の光学系の場合、約40μｍ平方に集光る照明光景が凸
部７を形成しない場合に比べ２倍以上得られた。
半径ｒが約75μm,n0＝1.53,t＝1.1mm,n1＝1.59,n2＝1.4
9の光学系の場合、約40μｍ平方に集光る照明光景が凸
部７を形成しない場合に比べ２倍以上得られた。
（発明の効果） 以上説明したように本発明によれば、所定の条件式を
満足するように各数値を設定することによって最大の集
光効果が得られ、照明光の利用効率の向上が図れる。
満足するように各数値を設定することによって最大の集
光効果が得られ、照明光の利用効率の向上が図れる。
第１図は本発明に係る液晶光学装置の断面図、第２図は
球面状凸部による構成の屈折状態を示す模式図、第３図
は各構成部品の所定屈折率における凸部の曲率半径ｒと
液晶セル基板中の焦点距離との関係を示す計算結果の一
例である。 1,2……液晶セル基板、３……液晶、４……液晶パネ
ル、５……入射光線、６……ガラス基板、７……凸部、
８……低屈折率樹脂材料（透明接着部材）、10……液晶
開口窓、n0……液晶セル基板の屈折率、n1……凸部の屈
折率、n2……低屈折率樹脂材料の屈折率、ｔ……液晶セ
ル基板の厚さ、ｒ……凸部の曲率半径。
球面状凸部による構成の屈折状態を示す模式図、第３図
は各構成部品の所定屈折率における凸部の曲率半径ｒと
液晶セル基板中の焦点距離との関係を示す計算結果の一
例である。 1,2……液晶セル基板、３……液晶、４……液晶パネ
ル、５……入射光線、６……ガラス基板、７……凸部、
８……低屈折率樹脂材料（透明接着部材）、10……液晶
開口窓、n0……液晶セル基板の屈折率、n1……凸部の屈
折率、n2……低屈折率樹脂材料の屈折率、ｔ……液晶セ
ル基板の厚さ、ｒ……凸部の曲率半径。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岸本 隆 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (72)発明者 曽野 健三 大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11 号 日本板硝子株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−75024（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−248125（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/1335
Claims (1)
- 【請求項１】一対の液晶セル基板で液晶を挟持してなる
液晶パネルの入射光線側にレンズアレイ板を配設して構
成する液晶光学装置において、 前記レンズアレイ板は透明基板の表面に球面状の凸部を
多数形成して成り、前記レンズアレイ板を透明接着部材
を介して前記凸部を前記液晶の液晶開口窓に対向するよ
うに前記液晶セル基板に接着し、前記液晶セル基板の厚
さｔと屈折率n0、前記凸部の曲率半径ｒと屈折率n1、お
よび前記透明接着部材の屈折率n2との間に なる関係を有することを特徴とする液晶光学装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2303530A JP2837533B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 液晶光学装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2303530A JP2837533B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 液晶光学装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174820A JPH04174820A (ja) | 1992-06-23 |
| JP2837533B2 true JP2837533B2 (ja) | 1998-12-16 |
Family
ID=17922101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2303530A Expired - Fee Related JP2837533B2 (ja) | 1990-11-08 | 1990-11-08 | 液晶光学装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2837533B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5555476A (en) * | 1993-08-30 | 1996-09-10 | Toray Industries, Inc. | Microlens array sheet for a liquid crystal display, method for attaching the same and liquid crystal display equipped with the same |
| US6137555A (en) * | 1997-03-26 | 2000-10-24 | Matsushita Electronics Corporation | Liquid crystal panel with uniform adhesive layer and method of manufacturing |
| JPH11305011A (ja) * | 1998-04-22 | 1999-11-05 | Dainippon Printing Co Ltd | レンズフィルム及び面光源装置 |
| JP3824425B2 (ja) * | 1998-06-17 | 2006-09-20 | 日本板硝子株式会社 | 平板型マイクロレンズアレイ |
-
1990
- 1990-11-08 JP JP2303530A patent/JP2837533B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04174820A (ja) | 1992-06-23 |
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